粘度法测定聚合物的分子量实验报告.doc

实验一粘度法测定聚合物的分子量粘度法是测定聚合物分子量的相对方法高聚物分子量对高聚物的力学性能、溶解性、流动性均有极大影响由于粘度法具有设备简单、操作方便、分子量适用范围广、实验精度高等优点，在聚合物的生产及科研中得到十分广泛的应用本实验是采用乌氏粘度计测定甲苯溶液中聚苯乙烯粘度，进而测定求出PS试样分子量一、实验目的要求1、掌握粘度法测定聚合物分子量的实验基本方法2、了解粘度法测定聚合物分子量的基本原理3、通过测定特性粘度，能够计算PS的分子量二、实验原理1、粘性液体的牛顿型流动粘性流体在流动过程中，由于分子间的相互作用，产生了阻碍运动的内摩擦力，粘度就是这种内摩擦力的表现即粘度可以表征粘性液体在流动过程中所受阻力的大小按照牛顿的粘性流动定律，当两层流动液体间由于粘性液体分子间的内摩擦力在其相邻各流层之间产生流动速度梯度是（dv/dr），液体对流动的粘性阻力是：F/A，小dv/dr（1-1）该式即为牛顿流体定律式中，n—液体粘度，单位（Pa•s）；A—平行板面积；F—外力符合牛顿流体定律的液体称为牛顿型液体高分子稀溶液在毛细管中的流动基本属于牛顿型流动在测定聚合物的特性粘度［n］时，以毛细管粘度计最为方便。

2、泊肃叶定律高分子溶液在均匀压力p（即重力Pgh）作用下，流经半径为R、长度为L的均匀毛细管,根据牛顿粘性定律，可以导出泊肃叶公式：式中，g—重力加速度；P—流体的密度；V—液出体积；t—流出时间由于液体在毛细管内流动存在位能，除克服部分内摩擦力外，还会使其获得动能，结果导致实测值偏低因此，须对泊肃叶公式作必要的修正：„ghR4ptmpVn，-（1-3）8LV8„Lt式中，m—毛细管两端液体流动有关常数兀ghR4"mVn,B若令A=；B,，式（1-3）可简化为：一=At一（1-4）8LV8„Lpt3、聚合物溶液粘度的测定采用乌氏粘度计测定聚合物溶液的粘度时，常用到以下两个参数：（1）相对粘度1-5)2）增比粘度€-1-6)sp€0式中，n—聚合物溶液粘度;n0—纯溶剂粘度整合式（1-4）和式（1-5），即有：1-7)At—B/1At—B/t在实验中，如果仪器设计得当和溶剂选择合适，可以忽略动能改正影响，式（1-7）还可简化为：At„tAt„0t01-8)又因为在实验中，通常在极稀溶液中进行，所以P~P0，因此，式（1-5）和式（1-6）可改写成：1-9)€，（t一t）/1（1-10）sp00式中，t和t0分别是聚合物溶液和纯溶剂的流出时间。

显然，在一定温度下测定纯溶剂和不同浓度的聚合物溶液流出的时间，即可求出各种浓度下的€和€rsp粘度除与分子量有关外，对溶液浓度有很大的依赖性能够反映这种依赖性的经验公式很多，其中最常用的有两个：€叫，［€］+k'［€】2cc1-11)ln€rc，［€］一机€I2c1-12)式中，C—溶液浓度；k和B均为常数如果用€/c或ln€/c对c作图（图1-2），并外推到cT0，两条直线在纵坐标上交于spr一点，其截距即是［€］用公式为表示为：€€lim叫，lim-，［耳］cT0ccT0c1-13)式中，［€］—聚合物溶液的特性粘度€ln€图1-2*对c和-对c关系图cc4、聚合物溶液的特性粘度与分子量的关系溶液体系确定之后，在一定温度下，聚合物溶液的特性粘度值域聚合物的分子量有关这种关系满足Mar-Houwink方程，即：[€]，KMa(1-14)式中，K,a均为常数，其值与聚合物、溶剂、温度和分子量分布范围有关聚苯乙烯在25°C,甲苯作溶剂时，K=9.2X10-3,a=0.72由此可以计算聚合物的平均分子量三、仪器药品1、仪器恒温槽一套、乌氏粘度计、砂芯漏斗、针筒、容量瓶、移液管、精密温度计等。

2、药品聚苯乙烯，工业级；甲苯，分析纯四、实验步骤1、粘度计和玻璃仪器的洗涤(1) 粘度计先用经砂芯漏斗虑过的水洗涤，洗去小球G、E中的沙粒灰尘，把水甩干2) 由A管倒入经过滤的新配制的洗液，灌满后用小烧杯盖住，防止尘粒落入放置约2h后把洗液倒出，先用滤过的自来水冲洗，再用滤过的蒸馏水冲洗几次，倒挂干燥或放入烘箱烘干3) 移液管、容量瓶应用虑过的洗液和水洗净烘干备用4) 对于放过聚合物溶液的粘度计和其它仪器，应先用熔剂浸泡，然后用水和洗液洗净否则，有机物会将洗液中的K2Cr2O7还原，使洗液失效聚合物也会被碳化，使仪器堵塞，不易洗净在用洗液浸泡以前，仪器中的水应尽量弄干，否则，将冲稀洗液，降低其去污效果2、聚合物溶液配制在分析天平上称取0.2g~0.3g(精确到0.01mg)聚苯乙烯，小心加入25ml容量瓶中，加入略少于25ml的甲苯(不必过滤)，置于恒温槽中(控温25C±0.1C),待恒温后，用砂芯漏斗虑入另一只25ml容量瓶中，并通过砂芯漏斗加入甲苯至刻度恒温待用3、溶剂流出时间t0的测定(1) 在精确控温25C±0.1C的条件下，将粘度计放入恒温槽中，使粘度计和水溶液面保持垂直，水面浸没G球。

固定好粘度计，在B，C两管上小心接上乳胶管2) 一起装置符合要求后，用移液管吸取10ml溶剂放入粘度计A管中，保温几分钟，用夹子夹紧C管的乳胶管3) 用针管在B管的乳胶管上将溶液抽吸至G球的一半处，停止抽吸，移去针管，松开C管通向大气，使空气进入D球4) 水平观察G球中液面的下降当液面降至a线处，按下秒表，记下流经ab刻度的时间，即为t0重复三次，误差不超过0.2s，取三次平均值为t05) 溶剂倒入回收瓶中，粘度计烘干待用4、溶液流出时间t的测定(1) 粘度计烘干放置冷却后，按上面同样的要求和方法测定溶液的流出时间用另一支10ml移液管精确吸取10m1溶液注入A管中，同样重复三次测得流出时间q2) 再用吸溶剂的移液管向粘度计中移入5ml溶剂，这是，粘度计中溶液浓度是原来的2/3,并用针筒抽吸几次，使其混匀用同样方法测得t2此后分别再加入5ml、10ml、10ml溶剂,测得tg,tq,上5图1-2粘度计结构对比5、结果处理(1)实验数据填入下表:流出时间(s)ln€€rrln€c€sp€spct0t1c=c0t2c=2/3c°t3c=1/2c°t4c=1/3c°t5c=1/4c0(2)作图假定溶液的初始浓度c'€1，则依次分加溶剂5ml、5ml、10ml和10ml后的溶液相对浓0度分别为2/3,1/2,1/3,1/4(以c‘表示)。

以n/c和ln耳/c分别对c‘作图，外推至Cspr=0所得截距为A,即有：[n]€A/c(1-15)0式中，c0—实际起始浓度(g/ml)作图时,横坐标可取24格处作为相对浓度1,则16格、12格、8格、6格处的相对浓度分别是2/3、1/2、1/3和1/43)分子量计算根据已知的K和a,按[n]€M，公式计算分子量n五、注意事项1、乌氏粘度计上的A、B、C三支管中，B、C两管特别细，极易折断，因此，拿粘度计时必须拿住A管特别是在安装、固定和取出时，更应该小心谨慎2、洗涤用水、溶剂和洗液必须事先过滤，以防灰尘杂质等带入粘度计阻塞毛细管3、在配制溶液、量取溶液和溶剂都须在同一温度下进行六、思考题1、影响粘度计法测定聚合物分子量精确性的因素有哪些？2、粘度计C管的作用是什么？3、[n]€M，中的K和a值在什么条件下是常数？如何通过实验方法测得？n4、粘度计法测定聚合物分子量有哪些优点？。